专利名称：光导以及应用该光导的pet探测系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及正电子放射断层扫描(PET，positron emission tomography)技术领域，更为具体地，涉及一种光导以及应用该光导的PET探测系统。
背景技术：
近年来，在医用物理学领域，PET探测器的应用越来越广泛。在PET应用中，要求对正电子湮灭后产生的一对伽马射线的能量，以及击中探测器的位置进行精确的测量，以确定放射性核位置和量化人体的生理学过程。目前最主要的PET探测器结构为闪烁晶体阵列加上由光电倍增管 (Photomultiplier tube,PMT)构成的光电转换器件阵列，射线击中闪烁晶体阵列后发出荧光，被光电转换器件阵列吸收放大后，得到电信号。从PET探测器结构角度来看，闪烁晶体阵列和光电转换器件阵列耦合的平面度越好，从闪烁晶体阵列发出的光能被光电转换器件阵列捕获的越多，PET探测器的探测的效率越高，测量误差也越小。因此，闪烁晶体阵列和光电转换器件阵列的耦合度是影响PET探测系统探测效率的重要因素之一。目前PET探测器的主要设计方案有如下三种1、采用圆形的光电倍增管，并且闪烁晶体阵列和光电倍增管的边缘偏移对齐，这样一个8X8的闪烁晶体阵列需要4个光电倍增管的四个不同象限覆盖，这种设计方案是目前PET探测器的主流设计方法。这种设计方案的好处是能大大减少整个系统所需光电倍增管的数目，降低系统成本，缺点是在边缘上的未被闪烁晶体阵列覆盖的光电倍增管的部分探测面积将被浪费。2、采用方形的光电倍增管形成光电转换器件阵列，光电转换器件阵列和闪烁晶体阵列的对齐方式同样大多采用边缘偏移对齐。由于方形的光电转换器件阵列可以完全由方形的闪烁晶体阵列覆盖，因此本方案的好处是理论探测效率最高，但由于方形光电倍增管的加工比圆形光电倍增管的加工困难，导致本方案的系统成本很高。3、采用不同衰减时间的晶体材料组成混合晶体阵列。混合方式可以是每个单根晶体都由不同的材料拼接而成，或者单根晶体由同种材料组成，但整个晶体阵列由不同的材料组成。这种方案的好处是通过对材料的仔细选择，有可能使光子击中晶体阵列的不同位置时的光产额(能量)差别很大，提高PET探测系统的分辨能力；但混合晶体阵列的组装不方便，而且由于不同材料的物理特性(比如老化特性)不一致，时间长了可能会由于系统老化等原因给探测结果带来较大误差。现有技术中也有利用光导连接闪烁晶体阵列和PMT阵列来提高PET探测系统的探测效率的方案，如公开号为CN1186M6A和CN101182133A中国专利申请，但在这公开文本所披露的技术方案中，光导(器件)只是利用光线将闪烁晶体阵列上的光信号引导至光电倍增管，以避免信号的散射和外界信号的干扰，这种光导的应用虽然能够提高PET探测器的分辨率和灵敏度，但其成本过高，另一方面，这两种方案都没有探索光导潜在的定位和装配功能，对闪烁晶体阵列和光电转换器件阵列之间的机械耦合没有帮助。
发明内容
鉴于上述问题，本发明的目的是提供一种结构简单、低成本的能够从机械结构方面更好的耦合闪烁晶体阵列和光电转换器件阵列的光导。基于上述目的，本发明提供一种用于PET探测系统的光导，该光导用于装配在PET 探测系统的闪烁晶体阵列和光电转换器件阵列之间以耦合所述闪烁晶体阵列和光电转换器件阵列之间，该光导具有所述闪烁晶体阵列耦合面和光电转换器件阵列耦合面，其中，在所述光电转换器件阵列耦合面上开设有规则排布的圆形凹槽，每个所述圆形凹槽用于装配所述光电转换器件阵列中的一个光电转换器件。另一方面，本发明还提供一种PET探测系统，包括闪烁晶体阵列、光电转换器件阵列以及耦合在所述闪烁晶体阵列和光电转换器件阵列之间的光导，其中，在所述光导与所述光电转换器件阵列耦合的一面上开设有规则排布的圆形凹槽， 每个所述圆形凹槽用于容纳所述光电转换器件阵列中的一个光电转换器件。上述根据本发明的光导及PET探测系统，能够以光导本身的机械结构保证闪烁晶体阵列的所有晶体在一个平面上，同时保证所有的光电转换器件在一个平面上，并且使得闪烁晶体阵列平面和光电转换器件阵列的平面平行。无需复杂的找平、对齐等设备及装配工艺，仅仅使用一个低成本的光导器件就可以简单实现闪烁晶体阵列和光电转换器件阵列元美華禹合。为了实现上述以及相关目的，本发明的一个或多个方面包括后面将详细说明并在权利要求中特别指出的特征。下面的说明以及附图详细说明了本发明的某些示例性方面。 然而，这些方面指示的仅仅是可使用本发明的原理的各种方式中的一些方式。此外，本发明旨在包括所有这些方面以及它们的等同物。
通过参考以下结合附图的说明及权利要求书的内容，并且随着对本发明的更全面理解，本发明的其它目的及结果将更加明白及易于理解。在附图中图1是本发明实施例的PET探测系统主视图；图2是本发明实施例的PET探测系统中光导与闪烁晶体阵列装配面的三视图；图3是本发明实施例的PET探测系统中光导与光电转换器件阵列装配面的三视图；图4A、图4B和图4C是本发明实施例的反射膜以及在光导的光电倍增管装配面增加反射膜前后的示意图；图5是本发明实施例的PET探测系统中光导的主视图；图6是本发明实施例中对晶体阵列进行扩展后晶体阵列、光导和光电倍增管阵列的装配效果图。在所有附图中相同的标号指示相似或相应的特征或功能。
具体实施例方式以下将结合附图对本发明的具体实施例进行详细描述。
本发明中所提供的用于耦合闪烁晶体阵列和光电转换器件阵列的光导，从其本身的物理特性出发充分探索光导潜在的定位和装配功能，利用光导可以开模制造因而几何特性(平整度、厚度的均勻性、钻孔、开槽等)容易控制的特点，用光导来对齐晶体阵列和光电倍增管阵列；同时也利用光导来装配扩展晶体阵列的最边上的晶体排，并且通过在光导的光电倍增管装配面的指定位置贴高反射率的反射膜达到提高系统探测效率的目的。由于本发明中所提供的光导是与闪烁晶体阵列和光电转换器件阵列耦合才能实现对齐作用、达到提高PET探测系统的探测效率的目的，因此，为了更清楚的对本发明的技术方案进行说明，下面以具体的PET探测系统整体的角度对本发明的技术方案进行说明。图1为本发明实施例的PET探测系统主视图，图2和图3为光导分别与闪烁晶体阵列和光电转换器件阵列装配面的三视图。如图1、图2和图3所示，本发明提供的PET探测系统包括闪烁晶体阵列10、光电转换器件阵列30以及耦合在闪烁晶体阵列10和光电转换器件阵列30之间的光导20，其中， 在光导20与光电转换器件阵列30耦合的一面上开设有规则排布的圆形凹槽22，每个圆形凹槽22用于装配光电转换器件阵列30中的一个光电转换器件。光电转换器件通过特定的不能吸光的胶水粘合固定在圆形凹槽上。由于最终形成的PET探测器产品为由多个闪烁晶体阵列、光导和光电转换器件阵列组合构成的环形探测结构，环形的中央即为被探测的对象。因此光导的侧面是如图1、图 2和图3所示的斜面，圆形凹槽的截面从一个角度看是梯形的。在本发明的一个具体实施方式
中，光导侧面的倾斜角度是20度，最终18个光导拼成一个环形。其中闪烁晶体阵列10用于检测伽玛射线，可以根据产品需求采用任何合适的闪烁晶体，例如硅酸镥(LSO)、硅酸钇镥(LYSO)、锗酸铋(BGO)或其他具有相近光产额的晶体。 闪烁晶体的表面可以是粗糙面，也可以是抛光面。另外，为了保持探测系统中组成闪烁晶体阵列的各闪烁晶体模块的发光一致性，在进行探测系统的组装前，最好对闪烁晶体的发光产额进行逐个测试，以便在组装探测系统的时候，选择光产额接近的晶体进行组装，从而保证探测系统中的闪烁晶体阵列所有晶体的一致性。光电转换器件阵列30用于进行光电转换并对电信号进行放大，最通常使用的是光电倍增管，也可以是其他半导体光电转换器件，光电转换器件排成阵列，阵列的空间投影外沿应能覆盖晶体阵列的空间投影外沿，以保证闪烁晶体阵列发出的光线能够全部被光电转换器件阵列收集。光导20用于耦合上述闪烁晶体阵列10和光电转换器件阵列30。本发明中所采用的光导可以是任何具有良好透光性的光学材料，例如光学玻璃和光学有机玻璃。其中光导主体平面21要参与从闪烁晶体阵列到光电转换器件阵列所传输的光的分配，因此光导主体平面21的厚度应该在机械强度允许的情况下尽量�。约跎俟獾乃鹗Ш蜕⑸�。光导的表面可以是粗糙面，也可以是抛光面。光导可以开模制造以满足特定的几何外形、强度和精度的要求。相比较于现有技术中具有复杂光纤结构的光导，本发明的这种光导极大地降低了 PET探测系统的整体生产成本。在光导20耦合光电转换器件阵列30的一面上开设的用于容纳光电转换器件阵列的规则排布的圆形凹槽22是本发明中对齐闪烁晶体阵列和光电转换器件阵列的关键，由于圆形凹槽22是为了耦合光电转换器件阵列30所开设的，因此，也可以将光导20上所有的圆形凹槽视为一个圆形凹槽阵列，相邻圆形凹槽之间的距离做到尽量小，在本发明的一个优选实施方式中，将相邻圆形凹槽之间的间距控制在1mm，槽的直径依赖于光电倍增管的直径。每个凹槽容纳一个光电转换器件，凹槽的截面大小以恰好容纳一个光学转换器件为宜，凹槽的深度可以根据探测器系统的实际产品需求灵活设定，以能够限制所容纳的光电转换器件不发生倾斜、偏移为好。为了提高探测器系统的光能探测效率，在本发明的一个优选实施方式中，还在圆形凹槽之间部分的表面贴覆有高反射率(大于等于95%)的反射膜，也就是说，在光导与光电转换器件阵列耦合的一面除了圆形凹槽之外的部分的表面贴覆上具有高反射率、低吸收率的反射膜，以使得投射到凹槽壁上的光线不会从凹槽表面泄露，而会被反射膜反射回去重新进行分配，并经过多次反射后被各临近的光电转换器件所吸收。在应用过程中，如果伽玛射线击中的闪烁晶体的位置在光电转换器件的垂直投影面积内，那么由此产生的光能量能大部分被光电转换器件捕获并探测，如果伽玛射线击中的晶体的位置不在光电转换器件的垂直投影面积内，由于这些位置被高反射率的反射材料覆盖，光子会被反射回去进行重新分配，并经过多次反射后被各临近的光电转换器件所吸收，因此这部分光能不会损失掉。图4A、图4B、图4C示出了本发明实施例的在光导的光电倍增管装配面增加反射膜的示意图，反射膜40的形状如图4A所示，图4B为未贴覆反射膜的光导，图4C为贴覆好反射膜的光导。这种高反射率的反射膜可以采用任何在闪烁荧光光谱范围内具有高反射率、低吸收率的反射材料，如频谱增强型反射膜(Enhanced Spectral Reflector，ESR)、特氟龙 (Teflon)薄膜或者氧化钛粉末等。在生产工艺流程方面，可以在对光导进行开模机械加工、形成耦合光电转换器件阵列的圆形凹槽之后再贴覆反射膜，也可以在光导开模机械加工之前先行在需要开设圆形凹槽的一面贴覆整体的反射膜，然后再进行开模机械加工，这样就不需要考虑反射膜的形状以及对准的问题，从而降低贴膜的难度，简化工艺流程。反射膜的贴覆工艺也可以根据生产工艺的需要采用涂覆反射涂层的方式来替代，以克服反射膜与贴覆(涂覆)表面的形状、 对齐等问题。光导与闪烁晶体阵列耦合的一面可以是平面的，也可以是凹陷的，即在光导耦合闪烁晶体阵列的一面开设用于容纳闪烁晶体阵列的凹槽。在装配过程中，可以直接将闪烁晶体阵列粘合在光导与闪烁晶体阵列耦合的平面上，或者将闪烁晶体阵列粘合在光导与闪烁晶体阵列耦合一面的凹槽内。此外，为了防止光线从最外圈的闪烁晶体泄露，还可以在用于容纳闪烁晶体阵列的凹槽的侧壁上贴覆高反射率的反射膜，同样，这种反射膜可以采用频谱增强型反射膜(Enhanced Spectral RefleCtor，ESR)、特氟龙(Teflon)薄膜或者氧化钛粉末等任何在闪烁荧光光谱范围内具有高反射率、低吸收率的反射材料。另外，在本发明的一个具体实施方式
中，还在光导20的两端开设有用于固定光导、便于PET系统的装配的固定孔，在图2、图3和图4B、图4C所示的实施例中均示出了这种固定孔。图5是本发明实施例的PET探测系统中光导的主视图。在图5所示的实施例中， 光导20与闪烁晶体阵列耦合的一面开设有方形凹槽23，用于容纳闪烁晶体阵列；在与光电转换器件阵列的一面开设有用于容纳光电转换器件的圆形凹槽22。另外，为了适应某些扩展的闪烁晶体单元的装配，在图5所示的实施方式中，在光导20的闪烁晶体阵列装配面还在方形凹槽23的外围开设有扩展槽M，用来装配扩展的晶体以增加探测器的有效探测面积。这种扩展槽可以根据产品的设计、生产需要开设单排或者多排。图6是本发明实施例中对晶体阵列进行扩展后晶体阵列、光导和光电倍增管阵列的装配效果图。如图6所示，闪烁晶体阵列10经扩展晶体11扩展后，就增加了原有闪烁晶体阵列的有效探测面积，光导20耦合闪烁晶体阵列的一面在方形凹槽23外围还开设有扩展槽M，以容纳扩展晶体11，光电转换器件阵列30装配在光导20下方的圆形凹槽内，通过光导20与闪烁晶体阵列10耦合。采用本发明提供的这种光导装置的PET探测器，通过开模的机械加工，以光导本身的机械结构保证闪烁晶体阵列的所有晶体在一个平面上，同时保证所有的光电转换器件在一个平面上，并且使得闪烁晶体阵列平面和光电转换器件阵列的平面平行。这样，无需复杂的找平、对齐等设备及装配工艺，仅仅使用一个低成本的光导器件就可以简单实现闪烁晶体阵列和光电转换器件阵列完美耦合。如上参照附图以示例的方式描述根据本发明的PET探测系统。但是，本领域技术人员应当理解，对于上述本发明所提出的PET探测系统，还可以在不脱离本发明内容的基础上做出各种改进。因此，本发明的保护范围应当由所附的权利要求书的内容确定。
权利要求
1.一种用于PET探测系统的光导，该光导用于装配在PET探测系统的闪烁晶体阵列和光电转换器件阵列之间以耦合所述闪烁晶体阵列和光电转换器件阵列，该光导具有所述闪烁晶体阵列耦合面和光电转换器件阵列耦合面，其特征在于在所述光电转换器件阵列耦合面上开设有规则排布的圆形凹槽，每个所述圆形凹槽用于装配所述光电转换器件阵列中的一个光电转换器件。
2.如权利要求1所述的光导，其特征在于，在所述光导的光电转换器件阵列耦合面中的除了所述圆形凹槽之外的表面贴覆有反射率大于等于95%的反射膜。
3.如权利要求1所述的光导，其特征在于，在所述光导的所述闪烁晶体阵列耦合面上开设有用于容纳所述闪烁晶体阵列的凹槽。
4.如权利要求3所述的光导，其中，在所述光导用于容纳闪烁晶体阵列的凹槽的内侧壁上贴覆有反射膜。
5.如权利要求2或4所述的光导，其中，所述反射膜为频谱增强型反射膜、特氟龙薄膜或者氧化钛粉末所构成的反射膜。
6.如权利要求1所述的光导，其中，所述光导采用光学有机玻璃或者光学无机玻璃制成。
7.—种PET探测系统，包括闪烁晶体阵列、光电转换器件阵列以及耦合在所述闪烁晶体阵列和光电转换器件阵列之间的光导，其中，在所述光导与所述光电转换器件阵列耦合的一面上开设有规则排布的圆形凹槽，每个所述圆形凹槽用于装配所述光电转换器件阵列中的一个光电转换器件。
8.如权利要求7所述的PET探测系统，其中，在所述光导的与光电转换器件阵列耦合的一面中除了所述圆形凹槽之外的表面贴覆有反射率大于等于95%的反射膜，所述反射膜为频谱增强型反射膜、特氟龙薄膜或者氧化钛粉末所构成的反射膜。
9.如权利要求7所述的PET探测系统，其中，在所述光导与所述闪烁晶体阵列耦合的一面上开设有用于容纳所述闪烁晶体阵列的凹槽。
10.如权利要求所述的PET探测系统，其中，在所述用于容纳闪烁晶体阵列的凹槽的内侧壁上贴覆有反射膜，所述反射膜为频谱增强型反射膜、特氟龙薄膜或者氧化钛粉末所构成的反射膜。
全文摘要
本发明提供了一种光导及应用该光导的PET探测系统，该光导用于装配在PET探测系统的闪烁晶体阵列和光电转换器件阵列之间以耦合所述闪烁晶体阵列和光电转换器件阵列，该光导具有所述闪烁晶体阵列耦合面和光电转换器件阵列耦合面，其中，在光电转换器件阵列耦合面上开设有规则排布的圆形凹槽，每个所述圆形凹槽用于装配所述光电转换器件阵列中的一个光电转换器件。本发明的PET探测系统，能够以光导本身的机械结构保证闪烁晶体阵列的所有晶体在一个平面上，同时保证所有的光电转换器件在一个平面上，并且使得闪烁晶体阵列平面和光电转换器件阵列的平面平行。同时，通过在光导的适当位置增加反射膜，可以减小能量的损失，提高系统的能量探测效率。
文档编号G01T1/202GK102288980SQ20111012181
公开日2011年12月21日 申请日期2011年5月12日 优先权日2011年5月12日
发明者刘继国 申请人:刘继国
专业数控铣床产品供应商
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